地球早期大陆地壳的形成与演化

现代地球岩石圈主要由镁铁质上地幔和长英质地壳两个储集层组成,研究大陆地壳的形成和演化对揭示地球早期地质过程和物质循环、厘定板块构造启动时限具有重要意义。冥古宙—始太古代具有更高的地幔潜能温度和地温梯度,岩浆海冷却形成薄的原始地壳;大洋岩石圈表现为韧性,主要构造机制应为停滞盖层模式,有地幔柱参与。太古宙片麻岩中奥长花岗岩—英云闪长岩—花岗闪长岩(TTG)的出现标志着镁铁质原始地壳向长英质陆壳转变的开始。本文总结了地球早期停滞盖层模式到现代板块构造模式下含水玄武岩部分熔融、结晶分异形成大陆地壳的过程,主要包含幔源岩浆停滞盖层(“自下而上”的热管火山岩和“自上而下”的深成侵入岩构造模式)、增厚镁铁质地壳部分熔融、俯冲洋壳、岛弧及洋底高原部分熔融模式;陆壳的破坏和消减主要受陨石撞击、分层沉降、重力不稳导致拆沉控制;板块构造的出现进一步促进了地球内部的热量扩散,俯冲作用加快了洋壳和陆壳之间的物质循环。最后,结合太古宙变质岩、古老克拉通岩石学特征和锆石Hf、O及全岩Nd、Sr、Ar、Ti同位素组成,讨论了陆壳的形成时间和演化过程：3.0 Ga之前形成了现有陆壳体积的60%～70%,厚度约为20～4...     

地球早期大陆地壳的形成与演化

现代地球岩石圈主要由镁铁质上地幔和长英质地壳两个储集层组成,研究大陆地壳的形成和演化对揭示地球早期地质过程和物质循环、厘定板块构造启动时限具有重要意义。冥古宙—始太古代具有更高的地幔潜能温度和地温梯度,岩浆海冷却形成薄的原始地壳;大洋岩石圈表现为韧性,主要构造机制应为停滞盖层模式,有地幔柱参与。太古宙片麻岩中奥长花岗岩—英云闪长岩—花岗闪长岩（TTG）的出现标志着镁铁质原始地壳向长英质陆壳转变的开始。本文总结了地球早期停滞盖层模式到现代板块构造模式下含水玄武岩部分熔融、结晶分异形成大陆地壳的过程,主要包含幔源岩浆停滞盖层（“自下而上”的热管火山岩和“自上而下”的深成侵入岩构造模式）、增厚镁铁质地壳部分熔融、俯冲洋壳、岛弧及洋底高原部分熔融模式;陆壳的破坏和消减主要受陨石撞击、分层沉降、重力不稳导致拆沉控制;板块构造的出现进一步促进了地球内部的热量扩散,俯冲作用加快了洋壳和陆壳之间的物质循环。最后,结合太古宙变质岩、古老克拉通岩石学特征和锆石Hf、O及全岩Nd、Sr、Ar、Ti同位素组成,讨论了陆壳的形成时间和演化过程： 3.0 Ga之前形成了现有陆壳体积的60%~70%,厚度约为20~40 km;3.0~2.5 Ga,地壳改造速率明显增加,陆壳生长和破坏速率达到动态平衡,表明全球性现代板块构造体制逐渐成为控制大陆形成、裂解和陆壳演化的主要因素。     

青藏高原巨厚地壳：生长、加厚与演化

大陆地壳约占地表面积的40%, 其成因与生长, 是一个关乎人类生存和资源供给的基础地学问题。人们普遍认为, 大洋俯冲通过岛弧拼贴和幔源岩浆底侵形成造山带新生陆壳,大陆碰撞过程只对现存地壳进行再造,不产生新生地壳。青藏高原经历古/新特提斯大洋俯冲和印 亚大陆强烈碰撞, 拥有全球最厚的陆壳(65~80km), 是研究大陆地壳的形成、生长、加厚、演化与保存的天然实验室。我们研究表明, 古/新特提斯大洋的相继俯冲消减, 产生多期次的幔源镁铁质弧岩浆(270~66Ma), 在弧地壳下部底侵和上部侵位, 导致地壳侧向加积和垂向生长并加厚约10km。在同(软)碰撞期(65~41Ma), 印度大陆岩石圈俯冲导致俯冲前缘的洋壳板片回转和断离, 诱发软流圈地幔熔融及其幔源岩浆上升侵位, 在冈底斯碰撞带形成新生地壳, 并导致地壳加厚6~9km。在晚(硬)碰撞期(40~26Ma), 冈底斯碰撞造山带内不同地壳块体(地体)间发生逆冲叠覆, 导致中深层次地壳缩短加厚10~20km; 在碰撞带的后陆区, 印度大陆岩石圈地幔俯冲诱发软流圈沿地幔通道上涌, 侵蚀和吞噬地幔岩石圈, 并诱发其部分熔融, 向地壳注入大量幔源镁铁质岩浆, 形成新生地壳, 维持高原生长。在后碰撞期(<25Ma), 碰撞带和后陆区均发生地壳伸展与有限减薄, 伴有新生地幔组分少量注入和高原陆表强烈剥蚀。粗略估计：形成并保存于大陆碰撞造山带的新生地壳量占整个陆壳的28%, 大洋俯冲与大陆碰撞分别为青藏高原贡献了75%和25%的新生地壳。我们提出, 青藏高原巨厚地壳的形成发育, 实际上是幔源岩浆向地壳注入添加与中下地壳缩短加厚连续或交互作用的结果。伴随大洋俯冲与大陆碰撞, 巨厚地壳物质组成发生以新生地壳形成和古老地壳再造为特征的动态演变。镁铁质新生下地壳的大规模重熔与长英质岩浆大量侵位可能是巨厚地壳长英质化的主要机制。     

西太平洋雅浦海沟地幔演化与岩浆作用研究进展

俯冲带地幔演化与岩浆作用是地球各固体圈层之间发生物质和能量交换的重要地质过程.西太平洋雅浦海沟因其极短的沟-弧距离和洋脊碰撞等独特的地质构造特征成为研究复杂条件下俯冲带演化的理想场所.为了探究雅浦海沟地幔演化与岩浆作用,本文将前人对雅浦海沟火成岩的研究数据进行整合,分析了雅浦海沟火成岩的成因,并根据火成岩形成的制约条件,对卡罗琳板块俯冲到菲律宾海板块的地幔演化与岩浆作用过程进行了讨论.结果显示雅浦海沟火成岩均具有与俯冲相关火成岩的典型特征.橄榄岩地球化学特征指示雅浦海沟地幔熔融程度为20%~25%,地幔在部分熔融过程中受到了流体与熔体的双重交代作用.Re-Os同位素特征指示雅浦海沟地幔中存在约1.16 Ga非常古老的残余地幔,表明地幔可能经历过多期熔融事件,从而导致雅浦海沟地幔非常亏损.雅浦岛弧成因至今仍存争议,主要包括:(1)现今雅浦岛弧为帕里希维拉海盆洋壳的一部分,在中新世因卡罗琳洋脊的碰撞导致帕里希维拉海盆洋壳逆冲到原雅浦岛弧之上.(2)雅浦岛弧在不同构造时期经历过多期岛弧岩浆作用,包括俯冲初始阶段(~52 Ma)的弧前玄武岩、俯冲开始后的岛弧玄武岩(~25 Ma)、与卡罗琳洋脊碰撞(21 Ma)后的岛弧拉斑玄武岩(7~11 Ma).其中7~11 Ma的岛弧拉斑玄武岩指示雅浦岛弧岩浆活动并未因卡罗琳洋脊的碰撞完全停止,很有可能在晚中新世短暂恢复活动.      

俯冲陆壳和洋壳对华北克拉通中生代岩石圈地幔改造的氧同位素记录

来自华北克拉通山东省中生代镁铁质岩石及地幔包体的橄榄石氧同位素组成显示,早白垩世岩石圈地幔主要受到了来自俯冲的华南陆壳不同组分的改造作用,包括镁铁质下地壳和长英质上地壳组分以及少量的海相沉积碳酸盐岩,而晚白垩世的岩石圈地幔则受到了来自俯冲的太平洋板块的改造。早白垩世受俯冲陆壳改造的岩石圈地幔橄榄石相对正常地幔高δ¹⁸O (6.0‰～7.2‰),而晚白垩世被俯冲洋壳改造的局部地幔则相对正常地幔低δ¹⁸O (4.1‰～5.3‰)。板块俯冲作用是导致华北克拉通岩石圈地幔破坏的重要深部机制,三叠纪华南陆壳深俯冲导致了华北克拉通地幔强烈富集相容组分而转变为易熔的岩石圈,早白垩世大规模幔源岩浆的侵位很可能与俯冲大陆板片的整体断离或拆离作用相关;晚中生代以来的太平洋俯冲作用则引发了岩石圈地幔的置换和增生作用,形成了目前新、老地幔共存的格局。     

俯冲工厂和大陆物质的俯冲再循环研究

板块的俯冲系统可以比拟为一个工厂。再循环研究强调对俯冲物质各种组分的行为、去向的追踪和定量分析。沉积物俯冲和俯冲侵蚀作用导致陆壳物质返回地幔,初步估算表明,大陆物质返回地幔的速率与岩浆活动导致陆壳生长的速率在数量上大体相当,晚近时期陆壳的净增长速率可能近于零。大洋岛玄武岩地化特征上的多样性提示,沉入下地幔的板片可能从深部卷入地幔柱的源区。俯冲再循环过程对地壳、地幔的动力学和演化产生深刻影响。     

大陆深俯冲的最大深度——来自数值模拟实验的结果

采用粘弹性材料8块体有限元模型并设定温度场后进行的大陆深俯冲二维数值模拟表明,在组合载荷(负浮力、洋中脊推力从上到下10～30MPa 和地幔对流拖曳力100MPa)作用下,陆壳俯冲实际垂向位移可达117km,最终俯冲深度达到147km,而洋壳实际垂向位移约162km,最终俯冲深度达到231km;在洋壳、陆壳俯冲到一定深度以前,它们的俯冲速度基本保持不变,表现为洋壳、陆壳底端的位移-时间曲线近似为直线;当俯冲时间超过9Ma,洋壳、陆壳分别达到167km、96km 深度后,俯冲速度会越来越慢。     

前寒武纪地球动力学(Ⅱ):早期地球

早期地球(early Earth)是指冥古宙(或称dark ages,黑暗时代)的地球,也称为"Hadean Earth",即是45.6亿年至40亿年的地球。早期地球是地球科学研究的前沿,是诸多地质、地球化学理论或模型必须面对的基本科学问题。本文系统综合了与早期地球相关的研究进展,特别是近10年来的进展,以建立地质理论的各种大地质现象起源为主线,包括原始地核、原始地壳、地幔对流、岩石圈、地幔不均一性、陆壳和洋壳、水及大气圈和海洋、板块构造、早期生命等起源问题。这些都是地球科学的重大前沿科学问题,也与地球物质起源相关的宇宙起源、元素起源密切相关。原始地核出现最早,在原始地球形成之初的几个百万年内就形成了,4 450 Ma地球发生了最后一次全球整体的大规模熔融事件,地球的原始地幔和原始地核再次均一化,原始地核可能消失;4 450 Ma之后的地核大小与现今的地核大小基本一致,只是液态外核在不断冷却缩小,而固态内核在不断增大;从锆石年龄得出最早地壳大于4 408Ma,而从Sm-Nd体系获得的最早地壳年龄为4 470 Ma,比后期地核形成要早。总之,原始地壳从原始地幔中分离出来的时间大体为44.5亿年。一些最老的锆石中Nd、Hf的地球化学特征也证明原始地幔分异发生在43亿年前。岩浆抽吸后的原始地幔上部经冷却,原则上可能构成原始地壳下部的原始岩石圈地幔,从而开始出现上地幔和下地幔的分异演化。但是,地球40亿年前的原始岩石圈没有大洋岩石圈和大陆岩石圈之分。对地幔对流循环起源有3种认识,最可能产生于44.5亿年前的偶然撞击事件。地幔不均一性起源可能与地幔对流循环有关,可用地幔柱理论或地幔翻转过程给予解释,且早于板块构造体制起源,板块构造增强了其不均一性。水、大气圈和海洋的起源早于陆壳和洋壳的分异。最早的水最可靠的直接证据来自发现的最老锆石的氧同位素,表明水在40亿年前就在原始地球表面稳定存在。但是,地球最早的矿物记录残存在西澳伊尔岗克拉通中(Mt.Narryer和Jack Hills地区),为一颗44亿年的锆石。这颗最早的锆石也意味着最早的硅铝壳(陆壳)应当在44亿年前就出现了。陆壳记录远远早于板块构造在地球上运行的可靠记录,因而早期陆壳起源机制很可能是独立于板块构造体制之外的前板块构造体制制约,触发式拆沉驱动的构造-岩浆过程和3个世代的岩浆分异过程最终导致大规模TTG(陆壳)爆发式形成。水是生命起源的必备条件,因此地球生命起源时间晚于4.0Ga,化石确证生命至少起源于3.7Ga前,且生命最可能出现在海洋中的热液喷口。总之,本文概要介绍了诸多地球科学成就的菁华和前沿,也有助于全面认识与早期地球组成、结构、演化及动力学过程相关的不同学科前沿的最新重大成就。     

福建紫金山矿集区浸铜湖花岗斑岩的成因及构造意义

华南中生代花岗岩成因研究对指示华南岩石圈演化机制具有重要意义,也是成岩成矿作用研究的重要内容。利用原位LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、微量元素及Hf同位素组成分析,对紫金山矿田内浸铜湖铜钼矿床发育的花岗斑岩开展研究,获得其成岩年龄为(101.1±1.9)Ma,属早白垩世。浸铜湖花岗斑岩锆石Hf同位素εHf(t=101 Ma)为-6.1~0.7,两阶段Hf模式年龄(TDM2)为1.09~1.51 Ga,不支持其形成于华夏陆壳基底物质或壳源(变质)沉积岩的直接熔融。锆石Ce4+/Ce3+值指示岩浆氧逸度较低,表明其成因类似于华南分异的I型花岗岩,主要源于火成岩的部分熔融作用,可能有少量地幔物质的加入。华南晚中生代古太平洋板块受俯冲作用影响,发育大规模岩浆活动,其构造背景为活动大陆边缘环境。     

大别造山带碧溪岭橄榄岩中锆石U-Pb年龄和Hf同位素研究

在详细形态和内部结构研究基础上,对碧溪岭橄榄岩锆石进行了配套的U-Pb年龄和Hf同位素分析。碧溪岭橄榄岩锆石主体是变质成因的,但有少量岩浆锆石残留。这些锆石主体给出了220～210Ma的变质生长/重结晶作用年龄;一颗具较高Th/U比值的锆石给出646Ma的近协和年龄,限定了早期岩浆结晶作用的最小年龄。真正的侵位年龄可以由745Ma的上交点年龄来限定;210～222Ma则记录着深俯冲陆壳折返过程中的锆石生长。除少数颗粒的ε_(Hf)为负值外(-2.9),大部分锆石的ε_(Hf)是正的(高达 8.1)并具新元古代的亏损地幔模式年龄(0.6～1.0Ga,平均0.8Ga)。这些结果说明碧溪岭橄榄岩的初始物质是扬子大陆岩石圈内新元古代岩浆堆积作用产物。这样的岩浆堆积物来源于亏损的软流圈地幔,侵入于扬子的深部地壳之中(如底侵)并部分混染了古老地壳组分。它们随扬子向华北之下深俯冲碰撞和造山带折返过程中经历着复杂的变质改造作用。     

罗迪尼亚超大陆聚合在华南陆块北缘的镁铁质岩浆岩记录

超大陆的聚合必然伴随着从大洋俯冲、弧陆碰撞到陆陆碰撞等一系列板块汇聚和造山过程,这些不同阶段的俯冲和汇聚过程会产生不同特征的岩浆岩记录.华南陆块是新元古代罗迪尼亚超大陆的重要组成部分,在这个超大陆聚合过程中有格林维尔期洋壳俯冲及其伴随的壳幔相互作用.总结了华南陆块北缘记录的罗迪尼亚超大陆聚合不同阶段发生的岩浆活动,比较了其产物的地球化学特征,探讨了它们对应的构造环境.华南陆块北缘900~950 Ma的岩浆活动产物以镁铁质岩浆岩为主,伴随有少量斜长花岗岩,为洋壳俯冲作用的产物.当洋壳俯冲到大陆边缘之下形成安第斯型俯冲带,古老陆源沉积物也被携带进入俯冲带,由此部分熔融产生的含水熔体交代上覆地幔楔形成极度富集的造山带岩石圈地幔,其在新元古代中期发生部分熔融形成具有极负锆石ε_Hf（t）值的镁铁质岩浆岩.因此,在罗迪尼亚超大陆聚合过程中地幔楔被交代形成镁铁质-超镁铁质交代岩,其中一部分在俯冲阶段就发生部分熔融形成大洋弧或大陆弧镁铁质岩浆岩,另一部分在俯冲之后由于大陆裂断引起造山带岩石圈拉张使其与上覆地壳一起部分熔融形成双峰式岩浆岩.      

南阿尔金早古生代俯冲碰撞过程中的花岗质岩浆

南阿尔金俯冲碰撞杂岩带早古生代存在517、501~496、462~451和426~385 Ma 4个期次的花岗质岩浆岩。第一期岩浆岩早于区内蛇绿岩型镁铁质岩石的形成时间,第一期岩浆岩侵位于区内蛇绿岩型镁铁质岩石之中(≥500 Ma),后三期分别对应于该构造带高压—超高压岩石~500 Ma的峰期变质、及其~450 Ma和~420 Ma的两期退变质时间。结合区域地质背景、镁铁—超美铁质岩和高压—超高压变质作用研究成果综合分析,这四期花岗质岩浆作用的发生分别是南阿尔金早古生代板块俯冲碰撞过程中,先期俯冲洋壳在517 Ma部分熔融、之后陆壳深俯冲导致地壳加厚引发下地壳在~500 Ma部分熔融,以及深俯冲板片断离导致中上地壳在~450 Ma部分熔融和造山后伸展减薄阶段在~420 Ma的部分熔融作用的产物。其中,洋壳型埃达克岩的形成时代(517 Ma)为南阿尔金洋壳俯冲作用时限提供了直接约束,陆壳深俯冲引发的高压-超高压峰期变质时代(~500 Ma)作用滞后这一事件约10 myr,表明南阿尔金早古生代时期由洋壳俯冲转换为陆壳俯冲可能是一个连续的构造演化过程。这四期花岗质岩石与区内蛇绿岩型镁铁—超镁铁质岩石以及高压—超高压变质岩石的形成,共同记录了南阿尔金早古生代时期从大洋俯冲、之后的大陆深俯冲碰撞再到后来深俯冲陆壳折返抬升的完整构造演化过程。     

俯冲循环组分对大洋地幔不均一性的定量约束

大洋地幔内部存在广泛的不均一性,其成因可有多种模式,其中俯冲循环作用对地幔组成的变化具有重要影响. 为明确各循环组分对亏损地幔的改造作用及其在富集源区中的相对贡献,系统总结了不同循环组分（远洋沉积物、俯冲洋壳、陆壳）的平均微量元素特征,计算了各循环组分在俯冲过程中经历的化学变化. 基于改造后的循环组分,开展与亏损地幔源区的混合和熔融模拟. 结果表明,HIMU型玄武岩可以由纯俯冲洋壳（≤10%）与亏损地幔（≥90%）混合形成的源区,经较低程度熔融（0.5%~1.5%）形成;而EMI型玄武岩可以由俯冲洋壳（≤10%）、俯冲剥蚀的下陆壳物质（≤3%）、亏损地幔（≥90%）混合形成的源区,经较低程度熔融（1%~2%）形成;EMII型玄武岩可以由俯冲洋壳（≤10%）、GLOSS-II（全球俯冲沉积物）或上陆壳物质（≤0.8%）与亏损地幔（≥90%）混合形成的源区,经较低程度熔融（1%~1.5%）形成.      

茫崖二长花岗岩、石英闪长岩的年代学、地球化学及岩石成因:对阿尔金南缘早古生代构造-岩浆演化的启示

阿尔金南缘茫崖地区出露着早古生代二长花岗岩体和石英闪长岩体,测得其LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为472.1±1.1Ma和458.3±6.2Ma。地球化学特征显示,前者属于钾玄质过铝质S型花岗岩,具高的(La/Yb)N和Sr/Y比值,低的HREE、Yb和Y值;后者为高钾钙碱性准铝质-过铝质I型花岗岩,具低的(La/Yb)N和Sr/Y值,高的Yb和Y含量。通过岩石成因和构造背景分析,二长花岗岩是陆壳深俯冲作用下,上地壳沉积岩(杂砂岩和少量泥质岩)被俯冲带入到50~80km深处,在高压(1.5GPa)低温(779.8~792.9℃)条件下主要由云母分解脱水而发生部分熔融,残留相为石榴石+金红石(无角闪石),在岩浆演化过程中发生了以斜长石为主(无角闪石)的强烈分离结晶作用;石英闪长岩是在陆壳深俯冲后的折返抬升作用下,上地壳变质玄武岩被抬升至30km处,在低压(0.8GPa)高温(811.0~821.0℃)条件下发生部分熔融,残留相为角闪石+斜长石(无石榴石),在岩浆演化过程中发生了以辉石、金红石和磷灰石为主(无角闪石和斜长石)的分离结晶作用。结合前人研究成果,分析了阿尔金南缘早古生代岩浆活动特征及其形成机制,将该地区早古生代构造-岩浆演化分为三个阶段:1)505~472Ma陆-陆碰撞阶段,以高压环境下岩浆活动为特征,在陆壳深俯冲的同时,存在俯冲陆壳的初步熔融拆离作用;2)467~450Ma板片拆离阶段,由于俯冲板片的完全断离,强大的浮力主要使上地壳发生抬升折返,以低压高温环境下上地壳岩浆活动为特征,同时存在幔源岩浆的底垫作用,具同折返双峰式岩浆活动的特征;3)424~385.2Ma后碰撞伸展拉张阶段,持续的应力释放松弛使构造应力从前期的垂向抬升转换为侧向伸展,存在地幔岩浆的底侵上涌作用,以低压高温环境下A型花岗岩岩浆活动为特征。     

造山带橄榄岩起源和大陆俯冲带壳幔相互作用

俯冲地壳衍生流体交代地幔楔,是产生俯冲带岩浆作用的重要机制.但是,目前人们对俯冲大陆物质改造地幔楔的岩石学过程和机理仍缺乏深入认识,造山带橄榄岩是解析这一问题的直接样品.通过对大别-苏鲁造山带橄榄岩进行系统的矿物学、岩石学和地球化学研究,发现橄榄石Ni/Co比值可有效区分幔源和壳源造山带橄榄岩,揭示幔源造山带橄榄岩起源于华北岩石圈地幔.苏鲁李家屯纯橄岩在进入俯冲带之前就已在地幔内部经历了碳酸盐熔体交代.大别毛屋和苏鲁蒋庄橄榄岩及其交代脉体记录了约170~200 km深度的俯冲带壳幔相互作用过程.深俯冲陆壳释放的富Si-Al质熔体可不同程度地改造地幔楔底部,形成富石榴石和富辉石的交代岩,并引发强烈的Os同位素分馏效应.该过程不仅改变地幔楔岩性和化学组成,还能够改变交代介质成分,为俯冲带各类深部地幔岩浆提供源区物质.因此,大陆深俯冲是导致上地幔不均一的重要途径.      

中天山巴仑台地区花岗质岩石的Hf同位素研究：对构造演化及大陆生长的约束

中国中天山地块位于天山造山带的核心部位,对研究中亚造山带西南段构造演化、块体起源和陆壳生长等科学问题具有重要意义。本次研究围绕中天山地块西段巴仑台一带出露的古生代花岗质岩石展开,报道了部分代表性岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和MC-ICP-MS锆石Lu-Hf同位素特征。同时还系统总结前人发表的研究区内花岗质岩石的锆石U-Pb年龄和Lu-Hf同位素资料。本次研究的7个花岗质侵入体的锆石LA-ICPMS年龄分别为435±5 Ma、432±4 Ma、359±4 Ma、312±4 Ma、346±2 Ma、306±5 Ma和362±5 Ma。它们在成因类型上均属于I型花岗岩,起源于深部不同性质地壳物质的部分熔融,部分岩体具有壳幔混合成因。研究表明,巴仑台一带的岩浆事件主要发生在早志留世—早泥盆世(435~408 Ma)、晚泥盆世—早石炭世(370~339 Ma)和晚石炭世—中二叠世(313~263 Ma)三个阶段,第一期岩浆事件是古天山洋闭合形成的后碰撞体制以及古南天山洋俯冲导致的大陆岛弧环境共同作用的结果。而古南天山洋俯冲活动的暂停和新一轮的洋盆扩张是导致区内中、晚泥盆世岩浆活动暂停的原因。第二期花岗质侵入体是古南天山洋第二期北向俯冲所导致的大陆岛弧岩浆作用的产物,而第三期花岗质侵入体形成于古南天山洋最终闭合之后的后碰撞环境中。通过总结区内古生代花岗质岩体的锆石的Hf同位素特征,我们认为巴伦台地区前寒武基底主要形成于三个阶段:1~2.47Ga至~2.26Ga,为研究区对全球陆核生长事件的响应;2~1.47Ga至~1.25Ga,对应于哥伦比亚超大陆的裂解;3~1.20Ga至~0.90Ga,很可能是研究区对导致罗迪尼亚超大陆聚合的"Grenville运动"的响应。     

滇西桃花花岗斑岩中新太古代-古元古代锆石年龄信息:对扬子板块西缘基底时代的约束

扬子板块西缘滇西地区是否存在古老基底一直存在争议。本文对滇西桃花地区花岗斑岩进行了岩石学、地球化学和锆石SHRIMP U-Pb年代学研究。形成于晚造山-后碰撞背景的桃花花岗斑岩具岛弧花岗岩地球化学特征,其成因可能与:1)俯冲拆离的洋壳俯冲拆离的洋壳或富集地幔重熔作用;2)加厚的地壳部分熔融。花岗斑岩中的继承锆石有两种类型:一类是发育具有密集振荡环带的岩浆锆石;另一类是次浑圆状锆石。测年结果显示,花岗斑岩的岩浆锆石年龄为36.35±0.35Ma,环带发育的继承锆石年龄介于167~891Ma之间;而次浑圆状继承锆石可以分为两组,其207Pb/206Pb加权平均年龄分别为1851±22Ma与2499±32Ma。新的锆石测年结果表明着滇西桃花地区不仅存在古金沙江洋东向俯冲形成的晚古生代弧岩浆记录,还发现新元古代岩浆活动信息,及早古元古代和新太古代的锆石记录。推测1.8Ga与2.5Ga锆石可能是捕获自地壳或围岩(石鼓片岩),表明滇西地区可能存在古老基底。     

北祁连的形成与演化历史：来自河流沉积物地球化学及其碎屑锆石U Pb年龄、Hf同位素组成的证据

通过对发源于北祁连造山带北段、中段、南段河流沉积物地球化学与碎屑锆石U-Pb年龄及Hf同位素组成的系统研究,确定河流沙、泥沙质微量元素平均组成与大陆上地壳平均值基本一致。一般沙质成分由于石英的稀释作用使其微量元素含量稍低于大陆上地壳平均值,泥沙质成分的微量元素含量一般稍高于大陆上地壳均值。北祁连造山带河流碎屑沉积物As、Sb、Cu、Zn等元素的平均含量明显高于大陆上地壳的平均含量,可能指示北祁连硫化物矿床成矿具有良好的前景。河流碎屑沉积物Sm-Nd同位素组成得到的Nd亏损地幔模式年龄为1.89~1.12Ga,平均为1.68Ga;北段、中段河流沙质部分的Nd同位素亏损地幔模式年龄比相对较细的泥沙质部分的老,说明河流近源古老地壳基底组分更多;而南段的部分河流则相反,说明近源有更多的新生地壳组分。锆石U-Pb年龄结果表明,北祁连造山带最强的岩浆作用发生于新元古代—晚古生代早期(650~400Ma),此期间形成的锆石占全部锆石的31%,它们主要记录了北祁连洋壳的俯冲消减、陆-陆碰撞及碰撞后的壳内岩浆作用过程。太古宙古老基底组分在北祁连造山带存在,但所占比例极低,它们可能以碎屑组分存在于古元古代的北大河岩群等变质基底中。新太古代到古元古代(2700~1700Ma)期间形成的锆石占全部锆石的~34%,此期间是北祁连基底的主要形成阶段。古元古代末到新元古代(1700~650Ma)期间形成的锆石占全部锆石的17%,它们可能代表着古祁连洋盆的主要形成阶段。锆石Hf同位素组成确定的北祁连由亏损地幔增生物质到地壳主要发生于3.2~2.0Ga、2.0~1.0Ga这两个时间段,650Ma以后基本没有增生地壳组分的加入。不同地段河流碎屑锆石U-Pb年龄有些差别,北段的北大河中最老基底组分所占比例最高,而南段河流中的古老基底组分比例相对较低,印证了古祁连洋是从东南向西北拉开的过程,西北段在俯冲消减及碰撞过程中有较多古老地壳基底组分的参与。晚古生代晚期—三叠纪期间北祁连仍存在较弱的岩浆作用。由Nd同位素比值与Nd含量、Na_2O/K_2O比值之间的关系进一步证明北祁连河流沉积物是最古老的基底长英质组分、较老的基底镁铁质组分或其熔融产物、古祁连洋壳镁铁质组分或其熔融产物三者混合的产物。     

胶北地体早前寒武纪重大岩浆事件、陆壳增生及演化

早前寒武纪重大岩浆事件是早期陆壳增生及演化的主要地质作用。本文通过系统总结最近几年胶北地体早前寒武纪重大岩浆事件代表性岩石的岩相学、锆石U-Pb年代学、岩石地球化学及锆石Hf同位素研究的最新成果,厘定出太古宙~2.9Ga、2.7Ga及2.5Ga三期以TTGs岩浆事件为代表的陆壳增生事件。这些TTGs具有典型太古宙高铝TTGs的地球化学特征及正的εHf(t)值,锆石Hf模式年龄主要集中在ca.3.2~2.7Ga。两种不同的构造模式被用来理解胶北太古宙TTGs(陆壳)的成因:(1)加厚基性下地壳的部分熔融;(2)俯冲洋壳的部分熔融。根据胶北TTGs在时间上呈事件性侵位,空间上呈面状分布,以及相对较低的Mg#、Cr及Ni含量,前者可能更适合胶北TTGs的成因。确定了胶北古元古代2.2~2.0Ga黑云母/角闪石二长花岗片麻岩及~1.8Ga以二长(正长)花岗岩为代表的多期陆壳重熔事件。综合这些研究结果,初步总结出胶北早前寒武纪陆壳形成及演化历史:1)2.9Ga,主要为基性地壳(洋壳)的增生,并可能存在规模有限的、被剥蚀殆尽的太古宙早期陆壳;2)在~2.9Ga、~2.7Ga及~2.5Ga,由于地幔(热)柱上涌,ca.3.3~2.7Ga新生的加厚基性玄武质下地壳发生事件性部分熔融,并伴随有早期陆壳的重熔,形成主要由TTGs及少量陆壳重熔型(高钾)花岗岩组成的太古宙陆壳;3)ca.2.2~2.0Ga,可能由于地幔物质上涌,陆壳伸展,形成裂谷,陆壳物质重熔,形成ca.2.2~2.0Ga花岗质岩石;4)ca.1.95~1.85Ga,发生强烈的挤压碰撞构造作用,裂谷闭合,卷入挤压作用的物质发生高角闪岩相到高压麻粒岩相变质;5)~1.8Ga,地幔物质上涌,陆壳伸展减薄,陆壳物质重熔,形成~1.8Ga花岗岩。     

南秦岭麻池河乡和沙河湾花岗岩体锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学及Lu-Hf同位素组成

麻池河乡和沙河湾花岗岩体位于商丹断裂南侧。锆石的LA-ICP-MS U-Pb年代学分析表明,麻池河乡花岗岩岩浆结晶年龄为(490.8±2.9) Ma(加里东期早奥陶世);沙河湾石英二长岩岩浆结晶年龄分别为(240.6±1.5)~(228.2±1.5) Ma(印支期中三叠世)。麻池河乡花岗岩锆石两阶段Hf模式年龄(tDM2)为759~1 096 Ma。沙河湾石英二长岩tDM2为891~1 516 Ma。麻池河乡花岗岩源岩为新元古代和中元古代亏损地幔物质。沙河湾石英二长岩的源岩主要为中元古代壳幔混合物质,还含有少量新元古代壳幔物质。晚寒武世-早奥陶世秦岭洋壳向北俯冲于北秦岭地块之下,俯冲的洋壳和上覆地幔相互作用产生的杂化熔液通过结晶分异形成麻池河乡花岗岩。沙河湾岩体经历了至少两期地质事件,时间跨度为(240.6±1.5)~(228.2±1.5) Ma和214~197 Ma。约250 Ma勉略洋闭合之后,扬子板块和华北板块在秦岭地区发生碰撞,导致扬子陆块俯冲至南秦岭地块之下并发生小规模的部分熔融形成早-中三叠世((240.6±1.5)~(228.2±1.5) Ma)花岗岩类。约220 Ma碰撞结束后,板片断离诱发软流圈物质上涌,同时俯冲陆壳开始折返,在地幔热和构造减压的条件下,俯冲陆壳及上覆岩石圈地幔发生广泛的部分熔融,形成不同程度具埃达克岩质地球化学特征的晚三叠世(214~197 Ma)花岗岩类及伴生的镁铁质暗色包体。